对于电压外环的控制器参数为:5.0=pK,8=iK,补偿后的电压外环的开环频率特性如图11所示,计算出对应的相角裕度γ为46.7deg, 幅值裕度为126dB,系统电压外环稳定。
4. 仿真分析及实验
本文基于以上分析搭建了双向DC/DC变换器的MATLAB/Simulink仿真平台,以及实验平台,对前几章的分析进行理论及实验上的验证。主要参数高压侧(VH)电压540V,低压侧超级电容电压100-300V,功率1KW-3KW,开关频率5K,BUCK/BOOST主电感(L)为780μH,高压侧滤波电容(CH)为790μF,高压侧电阻负载147Ω,超级电容容量为13.3F。Buck方式下采用恒流充电控制方式,充电电流的平均值为5A-15A,Boost方式下采用电压电流双闭环控制,保持高压侧电压540V稳定。对双向变换器的工作特性进行了仿真分析,分别测试了Buck方式与Boost方式下的电流及电压响应,对双向变换器的工作进行了实验测试分析系统的软开关特性,实现了超级电容的恒流充放电。
图12为双向变换器工作于Buck方式下超级电容恒流充电电压波形,其中充电电流平均值为10A,超级电容的初始电压为100V,充电时间约7s,可以看出超级电容电压有很好的线性度。
图13为对应该模型的Buck方式与Boost方式切换的超级电容端电压及电感电流仿真波形图。切换工作方式前,双向变换器工作在Buck方式下,对超级电容恒流充电,充电电流为10A,在2s时切换为Boost工作方式,输出电压为540V,如图可以看出,放电平均电流约为15A。